呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041）

面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究
——以黃山學(xué)院為例

呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041）

以滿足市場(chǎng)崗位需求的應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)目前“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)存在的問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和考核方式等方面進(jìn)行改革。具體改革思路是根據(jù)信號(hào)分析與處理課程群建設(shè)要求優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容；構(gòu)建線上、線下和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式；由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)過度；注重過程主動(dòng)性學(xué)習(xí)的考核方式。將應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)理念貫穿整個(gè)教學(xué)改革過程，切實(shí)提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

應(yīng)用型人才；信號(hào)與系統(tǒng)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)；教學(xué)改革

0 引言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》中明確指出：將改革創(chuàng)新作為教育發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，改革教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，加快改革步伐，形成高質(zhì)量、多樣化的應(yīng)用型人才涌現(xiàn)的局面。黃山學(xué)院作為古徽州區(qū)域唯一的高等本科院校，始終以地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)為總攬，全面建設(shè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，推進(jìn)課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)的改革。

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是電子信息類、光電信息科學(xué)和自動(dòng)化等專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，以電路分析、工程數(shù)學(xué)等為先修課程，具有很強(qiáng)的理論性和抽象性[1]。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，學(xué)生往往是在教師的填鴨式教學(xué)中被動(dòng)學(xué)習(xí)，側(cè)重于對(duì)數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)、記憶和使用，缺乏與工程實(shí)踐的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)習(xí)枯燥，學(xué)生無法明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)與意義。為積極推進(jìn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，通過深入調(diào)研和對(duì)實(shí)際教學(xué)情況的剖析，對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程在教學(xué)內(nèi)容、方法、實(shí)踐教學(xué)和考核方式等方面進(jìn)行改革。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加快信號(hào)類課程群建設(shè)，促進(jìn)學(xué)生綜合協(xié)調(diào)發(fā)展

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程以信號(hào)、系統(tǒng)為研究對(duì)象，圍繞連續(xù)和離散兩大系統(tǒng)展開，利用時(shí)域和變換域兩大分析方法求解系統(tǒng)響應(yīng)。作為《數(shù)字信號(hào)處理》的先修課程，內(nèi)容上有一定的重復(fù)，且受學(xué)時(shí)所限，缺乏對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的講解。為培養(yǎng)綜合型應(yīng)用型人才，加強(qiáng)課程之間的銜接和整合，以“信號(hào)分析和處理”課程群[2，3]建設(shè)為目標(biāo)的基礎(chǔ)上，調(diào)整《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)內(nèi)容，主要圍繞連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的分析與應(yīng)用進(jìn)行講解，具體修訂如表1所示。

表1 《信號(hào)與系統(tǒng)》課程理論教學(xué)內(nèi)容調(diào)整表

2 基于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)方法是教學(xué)改革的核心。針對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中基本概念高度抽象，難以理解等問題，采用線上和線下相結(jié)合的“翻轉(zhuǎn)課堂”[4]教學(xué)模式，使課堂教學(xué)能夠滿足生動(dòng)、直觀化教學(xué)要求，又能提高學(xué)生課下學(xué)習(xí)互動(dòng)性和積極性。

2.1 線下課堂教學(xué)

1.完善教學(xué)筆記，豐富和鞏固課堂教學(xué)。通過不斷地總結(jié)往屆的教學(xué)問題，提出需要翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容，改進(jìn)相關(guān)教學(xué)筆記，更新教學(xué)案例。

2.采用舉例、打比方和字面理解等形式將自然語言和數(shù)學(xué)公式相融合，淡化公式的記憶難度。例如：由外加激勵(lì)（輸入）或起始儲(chǔ)能（0_狀態(tài)）對(duì)系統(tǒng)的作用可以將系統(tǒng)完全響應(yīng)分解為零輸入響應(yīng)（zero-input response,rzi(t)）和零狀態(tài)響應(yīng)（zero-state response,rzi(t)），由字面的意思來理解兩者的概念、差異以助于后續(xù)求解。零，直譯為沒有，零輸入響應(yīng)意味著該響應(yīng)沒有輸入，則由起始儲(chǔ)能引起；零狀態(tài)響應(yīng)意味著沒有0_狀態(tài)，則由外加激勵(lì)引起。

表2 零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)直觀化教學(xué)表

3.鼓勵(lì)學(xué)生課堂認(rèn)真聽講和思考、課后認(rèn)真回顧、練習(xí)和總結(jié)。在日常課堂教學(xué)中，學(xué)生大部分時(shí)間花費(fèi)在抄寫筆記，不僅無法突出難點(diǎn)重點(diǎn)，還使學(xué)生無法集中注意力。鼓勵(lì)學(xué)生課堂以聽為主，在課后溫故知新的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)短、直白的語言將知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)化以幫助理解和記憶。

4.善用方框圖，以提高知識(shí)的可懂性和銜接性。《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中有很多抽象的概念，自然語言描述或數(shù)學(xué)公式表達(dá)都無法直觀的闡述知識(shí)點(diǎn)。該課程連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)分析主要圍繞表3中的4個(gè)方框圖展開。

表3 《信號(hào)與系統(tǒng)》內(nèi)容方框圖示意表

2.2 線上教學(xué)

1.分享網(wǎng)絡(luò)資源：在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合服務(wù)平臺(tái)上分享麻省理工學(xué)院奧本海姆教授的《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)視頻，分享課堂教學(xué)PPT和筆記，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.建立網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)（http://www.tzwan.cn）：作業(yè)是反饋教與學(xué)活動(dòng)的重要方式之一。利用Web2.0技術(shù)開發(fā)的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程考試系統(tǒng)，不僅可以手動(dòng)編輯習(xí)題，也支持word、pdf等格式文件上傳，以保證習(xí)題的數(shù)量和全面。該系統(tǒng)具備時(shí)間限定、習(xí)題隨機(jī)性、成績(jī)統(tǒng)計(jì)等功能。

3.建立班級(jí)網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)：QQ、微信、微博等通信工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日常生活中，通過建立課程交流群，及時(shí)地反饋和解答學(xué)生疑惑。

3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力

實(shí)踐教育是高等教育的重要組成部分，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)[5]是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要方法之一。所謂項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是將課程所授知識(shí)點(diǎn)融入到具體實(shí)踐項(xiàng)目中，以項(xiàng)目為載體，講解知識(shí)點(diǎn)之間的銜接、遞進(jìn)和應(yīng)用。傅里葉變換涉及大量的推導(dǎo)、計(jì)算和公式、知識(shí)點(diǎn)零碎、記憶量大，以傅里葉變換內(nèi)容（如表4）為例，通過常見的數(shù)字處理系統(tǒng)中A/D和D/A轉(zhuǎn)換詳細(xì)介紹傅里葉變換所有章節(jié)的遞進(jìn)聯(lián)系。

表4 傅里葉變換章節(jié)內(nèi)容

數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)（如圖1所示）要求輸入、加工處理和輸出的整個(gè)過程都是數(shù)字信號(hào)，而自然界中大部分存在的是隨著時(shí)間變化的模擬信號(hào)，因此在整個(gè)過程當(dāng)中，可以將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解如下。

圖1 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)框圖

圖2 傅里葉變換內(nèi)容關(guān)系圖

1.模擬信號(hào)的數(shù)字化過程：抽樣、量化和編碼，可見抽樣是信號(hào)數(shù)字化的第一環(huán)節(jié)，一般利用周期信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行等間隔抽樣。主要涉及內(nèi)容為周期信號(hào)的傅里葉變換、抽樣原理和抽樣信號(hào)的傅里葉變換。

2.模擬信號(hào)的無失真恢復(fù)過程：伴隨著時(shí)域信號(hào)的等間隔抽樣，頻域上發(fā)生了周期延拓。主要涉及內(nèi)容為無失真恢復(fù)的條件、抽樣定理、奈奎斯特頻率和奈奎斯特間隔。

4 加大設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)比例，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是基于實(shí)驗(yàn)箱的硬件實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，主要項(xiàng)目有信號(hào)的分解與合成、信號(hào)的抽樣與恢復(fù)和有源無源濾波器等。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)機(jī)械式連線，僅需要調(diào)節(jié)示波器等電子設(shè)備讀取和記錄數(shù)據(jù)，缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。為培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新型應(yīng)用型人才，積極靠攏市場(chǎng)需求，打造由驗(yàn)證性向綜合性設(shè)計(jì)性過度、軟硬件結(jié)合和開放團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的多課程融合實(shí)驗(yàn)體系。實(shí)踐項(xiàng)目調(diào)整如表5。

表5 《信號(hào)與系統(tǒng)》實(shí)踐教學(xué)調(diào)整表

5 改革考核方式，注重過程性學(xué)習(xí)

《信號(hào)與系統(tǒng)》是電子信息類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，綜合成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)組成，其中平時(shí)成績(jī)主要考查出勤和作業(yè)，期末考試成績(jī)是閉卷考試的卷面成績(jī)。該模式忽略了學(xué)生日常學(xué)習(xí)的實(shí)際情況。為提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力，采用全過程、多樣化的PSF考核方式。具體如下：

P（participation）學(xué)生課程參與度評(píng)價(jià)：考勤、日?；?dòng)為依據(jù)；

S（serial process evaluation）過程系列評(píng)價(jià)：作業(yè)、課堂章節(jié)檢測(cè)和課后歸納性筆記為依據(jù)；

F（final examination）期末考試：以閉卷形式考核，主要考察知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，淡化公式推導(dǎo)。

6 結(jié)語

高校是為了培養(yǎng)與社會(huì)接軌、畢業(yè)后能夠勝任工作崗位的應(yīng)用型人才。以應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對(duì)電子信息類《信號(hào)與系統(tǒng)》課程進(jìn)行改革。第一，以信號(hào)類課程群建設(shè)為目標(biāo)，優(yōu)化課程內(nèi)容；第二，豐富教學(xué)方法，建立線上和線下多融合的教學(xué)模式，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍；第三，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，將理論講授和實(shí)際操作、項(xiàng)目相結(jié)合，最大限度的減少課程的枯燥性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性；第四，加大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例，提高學(xué)生多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)和研究的綜合能力；第五，改進(jìn)考核方式，注重過程學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的能力。以應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程教學(xué)改革，理論結(jié)合實(shí)踐，實(shí)踐促進(jìn)理論，便能夠很好地促進(jìn)學(xué)生在未來新的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和就業(yè)模式下的應(yīng)用能力。

[1]陳從顏,費(fèi)樹岷,柴琳.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革趨勢(shì)探究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(1):13-14.

[2]王艷芬,張曉光,王剛,等.電子信息類專業(yè)信號(hào)處理課程群的建設(shè)與改革實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015,32(4):11-14.

[3]羅朝明,陶揚(yáng)威,胡順超,等.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號(hào)與信息處理課程群建設(shè)和探究[J].中國(guó)電力教育,2013,(32):115-117.

[4]肖芳.翻轉(zhuǎn)課堂在《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)中應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2017(2):79.

[5]唐家能.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)在信號(hào)與系統(tǒng)課程中的探索和實(shí)踐[J].科教文匯,2017(1):66-67.

Research on Teaching Reform of Signals and Systems for Training of Application-oriented Talents——A Case Study of Huangshan University

Lv Jun,Ning Renxia,Sun Jian,Lv Haijiang
(School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aiming at training application-oriented talents in order to meet the market demand,this paper analyzes the current problem in teaching Signals and Systems and makes an exploration into the teaching reform from the aspects of teaching contents,teaching methods,practical teaching process and evaluation method.The specific reform ideas are as follows:the content is optimized according to the requirement for the construction of the course group for signal analysis and processing;the online,offline and project-driven multi-teaching modes are constructed;confirmatory experiments are changed to designing and comprehensive experiments;the assessment method focusing on the process and learning initiative is adopted.Running the concept of applied innovative talents training throughout the process of teaching reform can improve students’engineering application ability and innovation ability.

application-oriented talents;Signals and Systems;project-driven teaching;teaching reform

G642

A

1672-447X(2017)05-0122-004

2017-08-07

安徽省專業(yè)綜合改革試點(diǎn)（2014ZY067）；安徽省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（2016JYXM0985）；黃山學(xué)院示范性課程改革項(xiàng)目（2015SFKG03）；黃山學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2016JXYJ01）；黃山學(xué)院精品資源共享課（2016JPKF06）

呂軍(1986-），河北滄州人，黃山學(xué)院信息工程學(xué)院助教，研究方向?yàn)樾盘?hào)處理。

責(zé)任編輯：胡德明